(57)【要約】【課題】ホッパー部の前後壁と側壁の取合コーナー部付近の水壁を耐摩耗性にしたボイラ火炉を提供すること。【解決手段】  石炭焚きボイラなどの火炉壁のホッパー形状の炉底部の前後壁１、３と側壁２、４との取合コーナー部５〜８の内の取合コーナー部５、６のスパイラル状の伝熱管Ｄ上で摩耗が集中して生じるので、この伝熱管Ｄの管軸方向に沿って複数の突起物（肉盛部１０、半円リング１５、スタッド１６）を取り付けて、取合コーナー部５、６に集まった石炭燃焼灰およびクリンカーの落下速度を遅くして水壁の摩耗量を低減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前壁と後壁と該前後壁の両側の側壁から成り、炉底を絞ってホッパー形状にしたスパイラル状の伝熱管を有する水壁を備えたボイラ火炉において、
炉底部の前後壁と側壁との取合コーナー部のスパイラル状の伝熱管に、その管軸方向に沿って複数の突起物を取り付けたことを特徴としたボイラ火炉。
【請求項２】
前記突起物は、スパイラル状の伝熱管の管軸方向に沿って断続的に設けた複数の肉盛部からなることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉。
【請求項３】
前記突起物は、スパイラル状の伝熱管の管軸方向に沿って断続的に設けた複数の半円リングからなることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉。
【請求項４】
前記突起物は、スパイラル状の伝熱管の管軸方向に沿って断続的に設けた複数のスタッドからなることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石炭焚きスパイラル水壁型ボイラ火炉のホッパー構造に関するもので、スパイラル状の伝熱管を有する水壁の摩耗を軽減し、ボイラの長期安定運用を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
図５には石炭焚きスパイラル状の水壁型のベンソンボイラ火炉の全体概略図を示すが、火炉壁２０は斜め向きの伝熱管と平鋼を順に溶接接続して得られる水壁からなる缶前壁と缶後壁と両側壁部分をスパイラル状の伝熱管が形成されるように継ぎ合わせて溶接接続して構成される。前記火炉の水壁は、燃焼灰やクリンカ（燃焼灰が焼結固化したもの）の捕集を行うため、炉底を絞った漏斗状のホッパー構造になっている。
【０００３】
ボイラの運転中に生じた灰やクリンカは図６に概略平面図を示す図５の炉底部分のホッパー構造の缶前壁１および缶後壁３に落下・衝突し、その後、缶前後壁１、３を構成するスパイラル状の伝熱管に沿って斜め下方に落下し、ホッパー下部の開口部から炉底堆積部へ落下する。
【０００４】
ところが、ボイラプラントを長時間運転していく過程で図７（ａ）に示す缶前壁１の左側と左側の側壁２との取合コーナー部５の斜視図（缶後壁３の右側と右側の側壁４との取合コーナー部６は図７（ａ）の鏡面対象構造）及び図７（ｂ）に示す図７（ａ）のＨ−Ｈ線断面図、又は図８（ａ）に示す缶後壁３の左側と左側の側壁２との取合コーナー部７（缶前壁１の右側と右側の側壁４との取合コーナー部８は図８（ａ）の鏡面対象構造）及び図８（ｂ）に示す図８（ａ）のＩ−Ｉ線断面図のように、取合コーナ部５〜８付近の壁面で摩耗が生じ、その摩耗が顕著に進行すると前記取合コーナー部５〜８に損傷が生じて、炉内の灰などの漏洩トラブルを引き起す危険性もある。
【０００５】
前記取合コーナー部５〜８で摩耗を生じる現象は石炭焚きスパイラルボイラでは構造的に不可避的なものであり、前記取合コーナー部５〜８に溶射を施工する等の対策が採用されている。溶射は８００〜９００ＨＶの硬さを有するＣｒＣ−ＮｉＣｒ系のものを２００〜３００μｍ溶射する方法が採用されているが、十分な摩耗防止効果が得られていないのが現状である。
【０００６】
また、流動層ボイラ又は石炭焚きボイラなどの伝熱管の流動媒体や石炭による摩耗を防ぐために以下のような工夫をした発明がある。    
一つは伝熱管の表層材に耐摩耗性の高い材料を使用し、内層材に大きな強度を有する材料を使用し、しかも高価な耐摩耗性の表層材の使用量を削減するために表層材を螺旋状に肉厚を変えて使用する発明が実願昭６２−１４０９４８号（実開昭６４−４６６０４号）のマイクロフィルムに記載されている。
【０００７】
さらに、流動層ボイラに使用され、流動媒体の充填領域内に配置される伝熱管の曲がり管部の管外周部に耐摩耗用の突起を設けて、管表面付近の流動媒体の流速を下げて、伝熱管の摩耗を低減させる発明が特開２０００−２０５５０４号公報に開示されている。
【特許文献１】実願昭６２−１４０９４８号（実開昭６４−４６６０４号）のマイクロフィルム
【特許文献２】特開２０００−２０５５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように石炭焚きスパイラルボイラでは、ホッパー前後壁１、３と側壁２、４の取合コーナー部５〜８付近で摩耗が顕著になる現象があるが、摩耗発生部位に着目すると缶前壁１の左取合コーナー部５と缶後壁３の右取合コーナー部６に集中して発生していることが明らかとなった。
【０００９】
この原因を検討するため、ホッパー部のスパイラル状の伝熱管の構造、特に、取合コーナー部５、６の管の立ち上がり角度に着目してみると、図６から明らかなよう缶前壁１の左側では（缶後壁３の右側も同様）立ち下がってきたスパイラル状の伝熱管がＧ部でより垂直に近い角度に折れ曲がり、水平面との角度が約５０度と大きくなるのに対し、缶後壁３の左側ではスパイラル状の伝熱管の水平面に対する傾斜角度が約２５度と小さいことによる。
【００１０】
図６に示すように、缶前壁１の左側および缶後壁３の右側のＧ部でスパイラル状の伝熱管の傾斜角度がより垂直に近い角度に折れ曲がる構造となるのはホッパー最下部より伝熱管を引き出し、管寄せに接合することを可能にするためである。
【００１１】
また、上記特許文献に記載された伝熱管は耐摩耗性を改善した構造に関するものであるが、前記ボイラ火炉のホッパー部の前後壁１、３と側壁２、４の取合コーナー部５〜８の摩耗を防ぐための構成に関する記載はない。
【００１２】
そこで、本発明の課題は、ホッパー部の前後壁と側壁の取合コーナー部付近の水壁を耐摩耗性にしたボイラ火炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記本発明の課題は次の解決手段で解決される。  
請求項１記載の発明は、前壁と後壁と該前後壁の両側の側壁から成り、炉底を絞ってホッパー形状にしたスパイラル状の伝熱管を有する水壁を備えたボイラ火炉において、炉底部の前後壁と側壁との取合コーナー部のスパイラル状の伝熱管に、その管軸方向に沿って複数の突起物を取り付けたことを特徴としたボイラ火炉である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記突起物は、スパイラル状の伝熱管の管軸方向に沿って断続的に設けた複数の肉盛部からなることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記突起物は、スパイラル状の伝熱管の管軸方向に沿って断続的に設けた複数の半円リングからなることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉である。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記突起物は、スパイラル状の伝熱管の管軸方向に沿って断続的に設けた複数のスタッドからなることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉である。
【００１７】
（作用）
火炉ホッパー部のスパイラル壁の取合コーナー部での摩耗は図６に示す火炉の缶前壁１の左取合コーナー部５と缶後壁３の右取合コーナー部６に限定して生じるのは、この位置のスパイラル状の伝熱管の水平面とのなす角度が大きいためである。図７に示すように前記コーナー部５、６に集まった石炭燃焼灰およびクリンカーが水壁を構成する伝熱管および平鋼上を滑りながら高速で落下するのに対し、ホッパーの缶後壁３の左取合コーナー部７および缶前壁１の右取合コーナー部８はスパイラル状の伝熱管の水平に対する傾斜角度が小さいため、ゆっくりと落下することによる。
【００１８】
石炭燃焼灰およびクリンカーの粒子による水壁の摩耗量はその落下速度の自乗に比例するため、前記落下速度の違いが大きな摩耗量の差として現れているものと考えられる。  
従って、前記取合コーナー部５、６の摩耗は前記粒子の滑り落下速度を低減することで実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を採用することにより、石炭焚きスパイラル水壁型ボイラホッパーコーナー部の摩耗を大幅に軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例を図面と共に説明する。  
【実施例１】
【００２１】
本実施例のボイラ火炉のホッパー部分は図１に示す通り、図６に示す従来技術のポッパー部とほぼ同一構造である。しかし、本実施例の特徴は、スパイラル状の伝熱管の水平面に対する角度が大きくなる缶前壁１の左コーナー部５のスパイラル状の伝熱管には図１に示すように断絶的肉盛部１０を施工することにある。また、図示しない缶後壁３の右コーナー部６も同様にスパイラル状の伝熱管に断絶的肉盛部１０を施工する。
【００２２】
図２に示すように、本実施例では前記缶前壁１の左コーナー部５および缶後壁３の右コーナー部６の水平面に対する角度が大きくなるスパイラル状の伝熱管Ｄに設けた突起状の断絶的肉盛部１０に堆積灰１１の上を滑りながら落下しようとする移動灰１２および移動クリンカー１３が衝突し、その落下速度が下がる。そのため、前記缶前壁１の左コーナー部５および缶後壁３の右コーナー部６のスパイラル状の伝熱管Ｄの摩耗量が著しく低下する。
【００２３】
具体的な肉盛部１０の施工方法について以下説明する。  
肉盛用の溶接棒としては、溶着効率のよいアーク溶接を用い、溶接棒としては硬化肉盛用アーク溶接フラックス入りで硬さが２００〜３５０ＨＶのものを用いることができる。また、肉盛部１０の領域としては、缶前壁１の左コーナー部５および缶後壁３の右コーナー部６で図１に示す領域Ｆを施工する。この領域Ｆは缶前壁１と左側壁２の接合点および缶後壁３と右側壁４の接合点に近く、燃焼灰やクリンカーの量が多くなり、さらに傾斜角度が大きくなる方向に曲がったスパイラル状の伝熱管Ｄに沿った燃焼灰やクリンカーが滑りながら落下して加速される領域である。
【００２４】
肉盛部１０の高さとしては本発明で特に限定されないが、摩耗軽減効果および施工性を考慮して、肉盛高さ４〜５ｍｍ、スパイラル状の伝熱管の管軸方向の長さ４〜５ｍｍとして施工可能である。
【実施例２】
【００２５】
本発明の他の実施例のボイラ火炉のホッパーのコーナー部分（缶前壁１の左コーナー部５を例とする）に設置されたスパイラル状の伝熱管Ｄを図３および図４に示す。
【００２６】
図３はスパイラル状の伝熱管Ｄの管軸方向に断続的に複数の半円リング１５を取り付けたものである。高さを変えた断続的な肉盛部１０と同様に半円リング１５は燃焼灰やクリンカーによるスパイラル状の伝熱管Ｄの摩耗を大幅に軽減可能である。
【００２７】
半円リング１５の施工ピッチは、任意に決めることができるが、３０〜５０ｍｍピッチで高さ４〜５ｍｍの半円リング１５をスパイラル状の伝熱管Ｄに溶接で固定する方法が採用可能である。
【００２８】
図４はスパイラル状の伝熱管Ｄの管軸方向に断続的に複数のスタッド１６を付与したものである。スパイラル状の伝熱管Ｄの管軸方向に滑り降りてきた石炭燃焼灰およびクリンカは、このスタッド１６に衝突し、落下速度が低下するので、スパイラル状の伝熱管Ｄの摩耗を大幅に低減可能である。スタッド１６の施行ピッチは、例えば３０〜５０ｍｍピッチで高さ５〜７ｍｍ、４〜６φのスタッド１６を溶接で固定する方法が採用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、摩耗の激しい高熱環境下にある石炭焚きスパイラル水壁型ボイラ壁面、燃焼炉壁面などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例のボイラ火炉の前壁と側壁の取合コーナ部の斜視図を示す。
【図２】図１の前壁と側壁の取合コーナ部のスパイラル状の伝熱管部分における肉盛部による摩耗抑制のメカニズムを説明する図を示す。
【図３】本発明の他の実施例の前壁と側壁の取合コーナ部のスパイラル状の伝熱管部分の半円状リング取付部を示す。
【図４】本発明の他の実施例の前壁と側壁の取合コーナ部のスパイラル状の伝熱管部分のスタッド取付部を示す。
【図５】ボイラ火炉の全体概略図を示す。
【図６】従来のボイラ火炉のホッパー部の平面図を示す。
【図７】スパイラル水壁型ボイラホッパーコーナー部の缶前壁の左側と左側の側壁との取合コーナー部の斜視図（図７（ａ））と図７（ａ）のＨ−Ｈ線切断面図（図７（ｂ））を示す。
【図８】スパイラル水壁型ボイラホッパーコーナー部の缶前壁の右側と右側の側壁との取合コーナー部の斜視図（図８（ａ））と図８（ａ）のＩ−Ｉ線断面図（図７（ｂ））を示す。
【符号の説明】
【００３１】
１  缶前壁                    ２  左側側壁
３  缶後壁                    ４  右側側壁
５〜８  壁面取合コーナー部    １０  肉盛部
１１  堆積灰                  １２  移動灰
１３  移動クリンカー          １５  半円リング
１６  スタッド                ２０  火炉壁
Ｄ  スパイラル状の伝熱管      Ｆ  領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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